现场总线 考点总结
现场总线总结
河海大学计算机与信息学院（常州）课程总结报告题目现场总线课程总结专业、学号授课班号学生姓名指导教师完成时间2011年12月28第一章：概述一、现场总线基本概念1、现场总线的基本概念（原始思想）：用一个开放的、互可操作的、多点的数字通信系统代替已使用很久的4~20mA 标准。
（4-20mA信号是国际通用标准信号，是连接仪表、变送设备、控制设备、计算机采样设备的一种标准。
与此相对应的信号有：0－10mA、0－5V、0－10V等）2、现场总线的由来：1、数据采集与处理系统；2、直接数字控制系统；3、监督计算机控制系统；4、集散控制系统；5、现场总线控制系统（Field Control System）。
二、现场总线的定义1、现场总线的定义：安装在制造或过程区域的现场装置与控制室内的自动控制装置之间的数字式、双向、串行、多点通信的数据总线称为现场总线。
是一种用于底层工业控制和测量设备，如变送器（transducers）、执行器（actuators）和本地控制器（local controllers）之间的数字式、串行、多点通信的数据总线。
现场总线是一种串行的数字数据通信链路，它沟通了生产过程领域的基本控制设备（现场设备）之间以及更高层次自动控制领域的自动化控制设备（车间级设备）之间的联系，现场总线一般应被看作是一个系统、一个网络或一个网络系统，它应用于现场测量和/或控制目的。
2、现场总线的特点(1）、开放性；（2）、互可操作性与互换性；（3）、现场设备的智能化与功能自治性；（4）、系统结构的高度分散性；（5）、对现场环境的适应性；（6）、系统可靠性；(7)、信息一致性；(8)、经济性；(9)、易于安装维护。
3、现场总线与计算机网络区别（1）实时性;（2）环境适应性和安全性;（3）额外开销;（4）逻辑链路控制形式;（5）通信要求;三、现场总线的现状按照国际标准化组织（ISO）制定的开放系统互连（OSI）参考模型建立的。
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FCS应用在生产现场，在测量控制设备之间实现双向串行多节点数字通信的技术。
CAN: 控制局域网的简称，是一种串行数据通信总线。
LIN：面向汽车低端分布式应用的低成本、串行通信总线。
FF：基金会现场总线适合在流程工业的生产现场工作，能适应本质安全防爆的要求，还可以通过通信总线为现场设备提供工作电源。
DCS：集散控制系统，它是一个由过程控制级和过程监控级组成的以通信网络为纽带的多级计算机系统，综合了计算机（Computer）、通讯（Communication）、显示（CRT）和控制（Control）等4C技术，其基本思想是分散控制、集中操作、分级管理、配置灵活、组态方便。
ISO/OS I：该模型是国际标准化组织(ISO)为网络通信制定的协议，根据网络通信的功能要求，它把通信过程分为七层，分别为物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层，每层都规定了完成的功能及相应的协议。
PROFIBUS：面向工厂自动化和流程自动化的一种国际性现场总线标准。
DP:专为自动控制系统与设备级分散I/O之间的通信而设计的，用于分布式控制系统设备间的高速数据传输。
PA:是专为过程自动化而设计的，采用IEC1158-2中规定的通信规程，适用于安全性要求较高的本质安全应用，及需要总线供电的场合。
FMS：适用于承担车间级通用性数据通信，可提供通信量大的相关服务，完成中等传输速度的周期性和非周期性通信任务。
CAN总线：CAN是控制器局域网络(Controller Area Network, CAN)的简称，是由研发和生产汽车电子产品著称的德国BOSCH公司开发了的，并最终成为国际标准(ISO118?8)。
是国际上应用最广泛的现场总线之一。
广播式网络：在网络中只有一个单一的通信信道，由这个网络中所有的主机所共享。
即多个计算机连接到一条通信线路上的不同分支点上，任意一个节点所发出的报文分组被其他所有节点接受。
发送的分组中有一个地址域，指明了该分组的目标接受者和源地址。
现场总线复习整理
第一章1、自动控制系统的发展四个阶段及其体系结构1.模拟仪表控制系统(ACS)缺点：信号变化缓慢，计算速度精度比较低、信号传输的抗干扰能力较差。
2.直接数字控制系统(DDC)优点：集中管理、控制、监视、报警和收集历史数据等。
缺点：布线费用高、不便于扩展、危险集中、可靠性低等。
3集散控制系统（DCS)系统主要缺点（1）信息集成能力不强（2）系统不开放、可集成性差、专业性不强（3）可靠性不易保证4）可维护性不高。
4、现场总线控制系统（FCS)现场总线技术主要特征是采用数字式通信方式取代设备级的4-20mA(模拟量)/24VDC(开关量)信号，使用一根电缆连接所有现场设备。
2、DCS的结构由分散过程控制装置、操作管理装置和通信系统三部分组成3、现场总线定义：数字通信协议，应用与生产现场，在一些智能化的控制设备之间所执行双向串行通信，多节点的数字通信系统，是开放的数字化多点通信的底层控制网络。
4、现场总线控制系统的技术特点（1）系统的开放性、可集成性2）互操作性与互用性3）现场设备的智能化与功能自治性4）系统的高度分散性5）对现场环境的适应性。
5、与DCS相比FCS在结构上有哪些优越性：1 实现全数字化通信；2实现彻底的全分散式控制；3实现不同厂商产品互连、互操作；4增强系统的可靠性、可维护性；5降低系统工程成本。
第二章 1、总线就是传输信号或信息的公共路径，是遵循同一技术规范的连接与操作方式。
一组设备通过总线连在一起称为“总线段”。
2、总线主设备：可在总线上发起信息传输的设备,又称命令者。
总线从设备：能在总线上主动发起通信、只能挂接在总线上、对总线信息进行接收查询的设备称为总线从设备，也称基本设备。
3、总线上的控制信号通常有三种类型：a、控制连在总线上的设备，让它进行所规定的操作；b、用于改变总线操作的方式； c、表明地址和数据的含义。
总线协议：管理主、从设备使用总线的一套规则称为“总线协议”。
这是一套事先规定的、必须共同遵守的规约。
现场总线考点总结-16页文档资料
现场总线:现场总线是用于现场仪表与控制系统和控制室之间的一种全分散、全数字化、智能、双向、互联、多变量、多点、多站的通信网络。
IEC对现场总线的定义:现场总线是一种应用于生产现场，在现场设备之间、现场设备与控制装置之间实行双向、串行、多节点数字通信的技术。
/涉及智能仪表、控制、计算机、数据通信技术。
现场总线的特点和优点—结构特点：由于采用智能现场设备，能够把DCS系统中处于控制室的控制模块、各输入输出模块置入现场设备中，在现场直接完成采集和控制。
由于不需要其他的模数转换器件，且一对电线能传输多个信号，因而简化了系统结构，节约了设备及安装维护费用。
FCS与DCS的对比：1结构：FCS: 一对多：一对传输线接多台仪表，双向传输多个信号。
DCS: 一对一：一对传输线接一台仪表，单向传输一个信号。
2可靠性：FCS: 可靠性好：数字信号传输抗干扰能力强，精度高；DCS: 可靠性差：模拟信号传输不仅精度低，而且容易受干扰。
3失控状态：FCS: 操作员在控制室既可以了解现场设备或现场仪表的工作状况，也能对设备进行参数调整，还可以预测或寻找故障，使设备始终处于操作员的远程监视与可控状态之中；DCS:操作员在控制室既不能了解模拟仪表的工作状态，也不能对其进行参数调整，更不能预测故障，导致操作员对仪表处于“失控”状态。
4互换性：FCS: 用户可以自由选择不同制造商提供的性能价格比最优的现场设备和仪表，并将不同品牌的仪表互连；DCS:尽管模拟仪表统一了信号标准(4-20mA DC)，可大部分参数仍由制造厂自定，致使不同品牌的仪表互换难度较大。
5仪表：FCS: 智能仪表，除了具有模拟仪表的检测、变换、补偿等功能外，还具有数字通信能力，并且具有控制和运算的能力；DCS: 模拟仪表只具有检测、变换、补偿等功能。
6控制：FCS: 控制功能分散在各个智能仪表中；DCS: 所有控制功能集中在控制站中。
技术特点：系统的开放性：通信协议公开，各不同厂家的设备之间可进行互连并实现信息交换。
现场总线考点
现场总线考点1.自动控制系统的发展经历了哪几个阶段？大致经历了四个发展阶段，具体如下：20世纪50年代以前是模拟仪表控制系统；直接数字控制系统；70年代中期出现集散控制系统；90年代后期现场总线控制系统。
2.DCS控制系统的结构包括哪几部分？包括三部分：分散过程控制装置部分，操作管理装置部分，通信系统部分3.现场总线的基本定义？现场总线：是用于过程自动化或制造自动化中的，实现智能化现场设备与高层设备之间互联的，全数字、串行、双向的通信系统。
5.现场总线控制系统的技术特点。
1）开放性；2）全数字化；3）双向通信；4）互可操作性与互用性；5）现场设备的智能化与功能自治性；6）系统结构的高度分散性7）对现场环境的适应性6. FCS相对于DCS具有哪些优越性？1）FCS实现全数字化通信2）FCS实现彻底的全分散式控制3）FCS实现不同厂商产品互联、互操作4）FCS增强系统的可靠性、可维护性5）FCS降低系统工程成本7.分析现场总线的现状，展望其发展前景。
组态就是用应用软件中提供的工具、方法，完成工程中某一具体任务的过程。
硬件组态：根据系统的规模及控制要求进行硬件的选择，主要包括通信系统的选择、人机接口的选择、过程接口的选择、集散控制系统与PLC及上位机的通信接口的选择、电源系统的选择、上位机与可编程逻辑控制器的选择、集散控制系统控制单元的选择等。
软件组态：在系统硬件和系统软件的基础上，将系统提供的功能块用软件组态的方式连接起来，以达到过程控制的目的。
第二章数据通信基础与网络互联1.何谓现场总线的主设备、从设备？可在总线上发起信息传输的设备叫做“总线主设备”，又称命令者。
不能在总线上主动发起通信、只能挂接在总线上、对总线信息进行接收查询的设备称为总线从设备，也称基本设备。
2.总线操作过程的内容是什么？总线上命令者与响应者之间的连结→数据传送→脱开，这一操作序列称为一次总线“交易”，或者叫做一次总线操作。
3.寻址方式有几种？物理寻址逻辑寻址广播寻址4.通信系统由哪几部分组成?各自具有什么功能?由信息源和信息接收者，发送、接收设备，传输媒介几部分组成。
现场总线考点汇总
第一章1、现场总线定义：原本是指现场设备之间的公用信号传输线；后来被定义为应用在生产现场，在测量设备之间实现双向串行多节点数字通信技术。
是指将现场设备（如数字传感器、变送器、仪表与执行机构等）与工业过程控制单元、现场操作站等互连而成的计算机网络，具有全数字化、分散、双向传输和多分支的特点，是工业控制网络向现场级发展的产物。
2、工业控制系统的发展经历了以下5个阶段：A、气动信号控制系统20世纪50年代以前B、电动信号模拟控制系统20世纪50年代C、集中式数字控制系统20世纪60年代D、DCS集散控制系统/分散控制系统/分布式控制系统0世纪70年代中期E、FCS现场总线控制系统20世纪80年代中后期3、FCS与传统控制系统比较传统控制系统采用的是各种独立的、分离的技术；FCS不再有系统的接口问题，统一在一个自动化环境中。
4、FCS与INTERNET区别A、FCS数据传输的及时性和系统响应的实时性更强B、通讯方式：FCS采用广播和多组方式；IT网络实现一对一方式C、FCS更能适应恶劣环境D、FCS需要面向连接服务和无连接的服务E、FCS应用进程可以根据客户/服务器或发布者/接受者方式相互作用F、FCS解决多家公司产品的兼容性G、通信量：FCS针对物流、能流、动作流程，技术成熟、先进、实用；IT网络信息量大5、现场总线结构模型信息层（可连接的设备包括控制器、PC、操作员站、高速I/O、其它局域网设备，通过网关设备可以连接入因特网）控制层（连接不同的可编程设备、控制器、人机终端等，通过网关设备与信息层相连，很多应用实时性要求较高，包括I/O的实时刷新、互锁信息和控制器等之间报文的报文传递等）设备层（面向大量的现场设备，通过扫描器或网关设备将数据传送到控制层）A、总线拓扑结构B、线状结构C、星型结构D、环状结构E、分支结构6、现场总线组成A、现场总线控制系统B、现场总线的测量系统C、设备管理系统D、总线系统计算机服务模式E、数据库F、网络系统的硬件与软件硬件：（1）、总线电缆；（2）、连接在通信线上的设备称为总线设备，总线主设备和总线从设备软件：（1）、系统平台软件；（2）系统应用软件7、与DCS等传统的系统相比，现场总线（系统）有以下特点：A、现场通信网络B、数字通信网络C、开放互连网络D、现场设备互连网络E、结构与功能高度分散F、现场设备的互操作性与互换性8、FCS的核心----总线协议（解决双向数字通信的基本依据和标准）9、现场总线访问方式A、主控方式：一个高级别的节点控制所有的信号传输，顺序和时间。
现场总线总结
总线基本概念部分1、现场总线的概念P1：现场总线是一种应用于生产现场，在现场设备之间、现场设备与控制装置之间实行双向、串行、多节点数字通信的技术。
2、现场总线的5个发展阶段P2：》基地式气动仪表控制系统》电动单元组合式模拟仪表控制系统》集中式数字控制系统》集散控制系统DCS》现场总线控制系统FCS3、现场总线分类P3：(目前现场总线产品主要是低速总线产品，应用于运行速率较低的领域，对网络的性能要求不是很高。
高速现场总线主要应用于控制网内的互连，连接控制计算机、PLC 等智能程度较高、处理速度快的设备，以及实现低速现场总线网桥间的连接,它是充分实现系统的全分散控制结构所必须的。
) 传感器总线和设备总线统称为现场总线;按通信帧的长短，把数据传输总线分为：传感器总线，设备总线和现场总线；ASI总线，传感器总线,位级数据总线;CAN总线，设备总线，字节级数据总线；ControlNet，PROFIBUS，Foundation Fieldbus总线，现场总线,数据块级数据总线；4、现场总线的技术特点P8:•1。
系统的开放性•2。
可操作性与互用性•3。
现场设备的智能化与功能自治性•5。
对现场环境的适应性5、现场总线的优势与劣势P9：优势：1.节省硬件数量与投资；2.节省安装费用；3。
节约维护开销；3.用户具有高度的系统集成主动权；4。
提高了系统的准确性与可靠性劣势：网络通信中数据包的传输延迟，通信系统的瞬时错误和数据包丢失,发送与到达次序的不一致等，都会破坏传统控制系统原本具有的确定性，是的控制系统的分析和综合变得更复杂，使控制系统的性能受到负面影响。
6、总线操作、总线仲裁概念P15总线操作：总线上数据发送者与接受者之间的连接—〉数据传送—>脱开这一操作序列成为一次总线操作。
这里的连接指在相同或不同设备内,通信对象之间的逻辑绑定.连接完成之后通信报文的发送与接收过程，或者数据的读写操作过程,称为数据传送.而脱开则指完成一次或多次总线操作后,断开发送者与接受者之间的连接关系，放弃对总线的占有权.总线仲裁：由于总线是多个设备之间信号传输的公共路径,当有一个以上设备企图同时占用总线时就可能会发生冲突。
现场总线(重点)
一章1、现场总线：应用在生产现场，在测量控制设备之间实现双向串行多节点数字通信的技术。
2、现场总线技术特点：系统的开放性、互可操作性、通信的实时性和确定性、现场设备的智能与功能自治性、对现场环境的适应性。
3、现场总线的优越性：节省硬件数量与投资、节省安装费用、节省维护开销、用户具有系统集成主动权、提高系统的准确性与可靠性。
4、企业网络系统按功能结构划分为：企业资源规划层ERP、制造执行层MES、现场控制层FCS。
二章1、总线协议：总线上的设备如何使用总线的一套规划。
2、总线主设备：有能力在总线上发起通信的设备。
3、总线仲裁：对总线冲突的处理过程，根据某种裁决规则来确定下一个时刻具有总线占有权的设备。
有集中仲裁和分布式仲裁两种。
4、数据通信系统中，无线传输媒体：电磁波、红外线。
有线媒体：双绞线、电缆、电力线、光缆。
5、工业数据通信中常用数据传输速率9600b/s、31.25kb/s、500kb/s、1mb/s、2.5mb/s、10mb/s、100mb/s。
6、误码率pe：数字通信中二进制码元出现传输出错的概率。
用处：7、增加带宽w并不能无限制地是信道容量增大。
8、模拟数据编码：采用模拟信号的不同幅度、不同频率、不同相位来表达数据的0、1状态。
数字数据编码：用低电平的矩形脉冲信号来表达数据的0、1状态。
9、模拟数据编码的三种编码方法：幅值键控ASK、频移键控FSK、相移键控PSK。
10、曼彻斯特编码定义：数据通信中最常用的一种基带信号编码。
好处：在一个位时间内，其中间点总有一次信号电平的变化，这一信号电平的变化可用来作为节点间的同步信息，无需另外传送同步信息。
11、串行传输：数据流以串行方式逐位地在一条信道上传输。
并行传输：将数据以成组的方式在两条以上的并行通道上传输。
12、同步传输和异步传输是指通信处理中使用时钟信号的不同方式。
13、同步原因：接收方为了能正确恢复位串序列，必须能正确区分出信号中的每一位，区分出每个字符的起始与结束位置，区分出报文帧的起始与结束位置。
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现场总线考点总结
地址，存放在网卡的站地址寄存器（PROM）中。
MAC 地址是一个48 位地址，前24位是IEEE统一分配的网卡制造厂家标识号，后24 位是生产厂家分配的网卡序列号，如 00-0F-B0-37-A4-E5；工作过程：当网卡收到一个目的地址为非本机的帧或有差错的帧时，它就丢弃该帧，并不通知它所在的计算机；当网卡收到一个正确的帧时，它就使用中断来通知该计算机并交付给上一层。
当计算机要发送高层交下来的数据时，就由协议栈向下交给网卡，组装成帧后，发送到局域网。
介质访问方法：通过对介质访问的控制可以解决在同一时间上多个设备同时争用传输介质。
在随机访问方式中常用的争用总线技术为CSMA/CD;在控制访问方式中常采用令牌总线、令牌环方式。
CSMA/CD(载波监听多路访问/冲突检测)：需要发送数据时，首先需监听总线，以判断总线上是否存在其他站发送的信号。
如果介质是空闲的，则可以发送；否则以某种算法等待一定时间间隔后重试。
三种CSMA/CD坚持退避算法：不坚持CSMA：若介质是空闲的，则发送；否则等待一段随机时间再重复检测；1-坚持CSMA：若介质是空闲的，则发送；否则继续监听，直到介质空闲为止；p-坚持CSMA：若介质是空闲的，则发送；否则以概率p发送或以(1-p)概率延迟一段时间后重新检测。
令牌访问控制方式：按一定顺序在各站点之间传递令牌，谁得到令牌谁有权发送数据。
令牌环方式、令牌总线方式
（特点：物理上是总线网，逻辑上是令牌网；应用：工厂自动化和过程控制 (适合总线状的装配线，并具有可预测的时延，能满足实时处理要求)）介质访问方法比较：CSMA/CD 优点：协议简单、安装容易、总线可靠性高，在局域网中获得了广泛应用。
该协议给用户提供均等的访问权，在轻负载情况下，CSMA/CD有良好的延迟特性和吞吐能力。
缺点：必须进行冲突检测，而且对最小帧长度有一定限制，因而对短报文存在带宽浪费现象。
CSMA/CD随负载的增加，冲突增加，性能迅速下降。
由于随机竞争发送和延迟等待，无法预知数据传输的最大延迟，又没有优先级，因此不适用于实时系统。
令牌环优点：可使用多种传输介质，可采用全数字技术，支持优先级，支持短帧；将令牌环网做成星形环可自动检测和隔离电缆故障；在高负载下可以获得很高的传输效率。
缺点：在低负载下时延较大；由于采用集中式控制，对监控站的可靠性要求较高。
令牌总线优点：具有极好的吞吐能力，而且其吞吐量随数据传输速率增加而增加，并随介质饱和而稳定下降。
它不需冲突检测，可以调节对介质的访问权，既可以公平地访问，又可以提供优先级，而且可以预知数据在网中的最大延迟，适用于实时系统。
缺点：要进行逻辑环的维护，而且物理层规范复杂，在轻负载情况下可能要等待许多无用的令牌帧传递，从而减少了对信道的利用率。
结论在很重的负载下IEEE802、3局域网彻底不能用，而基于令牌的局域网则可达到接近于100％的效率。
若负载范围是从轻到中等，则三种局域网都能胜任。
从市场情况
看，以太网拥有最大的市场，而令牌总线网则很少使用。
网络互联设备：中继器：对信号进行整形放大、重新复制，并将新生成的信号转发至下一网段或其他介质段。
中继器使得网络可以跨越一个较大的距离，中继器两端的数据速率、协议(数据链路层)和地址控件相同。
网桥：是一种存储转发设备，用来连接同一类型的局域网；网桥将数据帧送到数据链路层进行差错校验，再送到物理层，通过物理传输介质送到另一个子网或网段；它具有寻址与路径选择的功能，在接收到帧之后，要决定正确的路径将帧送到相应的目的站点；网桥可以连接两个采用不同数据链路层协议、不同传输速率、不同传输介质的网络。
它要求两个互联网络在数据链路层以上采用相同或兼容的协议。
路由器:网络层设备，根据IP地址决定转发；在路由器所包含的地址之间，可能存在若干路径，路由器可以为某次特定的传输选择一条最好的路径；当路由器的一个接收包的目标节点位于这个路由器所不连接的网络中时，路由器有能力决定哪一个连接网络是这个包最好的下一个中继点。
一旦路由器识别出一个包所走的最佳路径，它将通过合适的网络把数据包传递给下一个路由器。
下一个路由器将继续这种工作直到数据包到达目的地址；路由器连接的所有网段的协议是一。